水楊酸甲酯介導(dǎo)的植物氣傳性免疫的分子機(jī)制及病毒的反防御機(jī)制
《Nature》
IF=64.8
近日，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院劉玉樂(lè)團(tuán)隊(duì)在植物氣傳性免疫的分子機(jī)制及病毒的反防御機(jī)制方面取得了研究進(jìn)展。相關(guān)研究成果已發(fā)表在國(guó)際權(quán)威期刊《Nature》(IF=64.8)上。
植物在感受到環(huán)境刺激時(shí)會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性化合物（volatile organic compounds，VOCs），其能作為空中線索發(fā)揮作用，被鄰近的接收植物感知以引起防御，這種現(xiàn)象被稱為氣傳性免疫（airborne defense，AD）。盡管幾十年來(lái)，在許多物種中都觀察到了這種植物間通訊（plant-plant communication，PPC）現(xiàn)象，并認(rèn)識(shí)到其重要的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)意義，然而，VOCs介導(dǎo)的PPC（包括 AD）的分子遺傳框架在很大程度上還不清楚。此外，除乙烯受體外，植物感知其他VOCs的受體也一直未被鑒定。
蚜蟲(chóng)是全球最具破壞性的農(nóng)業(yè)和園藝害蟲(chóng)，蚜蟲(chóng)以韌皮部為食，對(duì)作物生產(chǎn)造成廣泛破壞。蚜蟲(chóng)的攻擊會(huì)誘導(dǎo)植物釋放VOCs，其主要成分是水楊酸甲酯（methyl salicylate，MeSA）。MeSA有助于植物抵御食草昆蟲(chóng)（包括蚜蟲(chóng)）的侵襲，如驅(qū)趕、吸引天敵或降低這些昆蟲(chóng)的生存能力。但是 MeSA 如何作為植物間通訊信號(hào)來(lái)激活相鄰接收植物的抗蚜蟲(chóng)防御功能卻是一個(gè)長(zhǎng)期未解決的問(wèn)題。例如，目前還不清楚植物是否擁有感知空氣中MeSA 的受體系統(tǒng)。在蚜蟲(chóng)侵襲期間啟動(dòng) MeSA 生成的機(jī)制也不甚明了。此外，盡管有報(bào)道稱 MeSA 可介導(dǎo)煙草花葉病毒（TMV）的抗藥性，但蚜蟲(chóng)和病毒是否以及如何調(diào)控抗藥性仍有待闡明。
在這一研究中，劉玉樂(lè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蚜蟲(chóng)叮咬植物后，植物會(huì)產(chǎn)生MeSA，這些MeSA揮發(fā)到空氣中能夠被臨近植物中的MeSA受體蛋白水楊酸結(jié)合蛋白-2（SA-binding protein-2，SABP2）感知結(jié)合，并將其轉(zhuǎn)化為水楊酸（salicylic acid, SA）。SA激活轉(zhuǎn)錄因子NAC2，上調(diào)水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶1（SA-carboxylmethyltransferase-1，SAMT1）基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生更多的MeSA，誘導(dǎo)植物的抗蚜蟲(chóng)免疫，從而降低病毒的傳播。
另外，劉玉樂(lè)團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)一些蚜蟲(chóng)傳病毒能夠編碼含有解旋酶結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)與NAC2蛋白相互作用，改變NAC2蛋白的亞細(xì)胞核定位至細(xì)胞質(zhì)中，促使NAC2在細(xì)胞質(zhì)中被26S蛋白酶體降解，從而負(fù)調(diào)控NAC2-SAMT1通路，抑制蚜蟲(chóng)叮咬植物中MeSA的合成和揮發(fā)，阻斷植物間“預(yù)警”通訊，促進(jìn)蚜蟲(chóng)對(duì)鄰近植物的侵染和對(duì)病毒的傳播。這一發(fā)現(xiàn)揭示了植物氣傳免疫的分子機(jī)制及病毒的反防御機(jī)制、揭示了全新的蚜蟲(chóng)-病毒之間的共進(jìn)化的互惠方式。
▲ 植物氣傳性免疫的分子機(jī)制示意圖
文章中，在進(jìn)行螢火蟲(chóng)熒光素酶片段互補(bǔ)圖像技術(shù)（LCI） 檢測(cè)時(shí)，使用了博鷺騰 PlantView系列植物活體成像系統(tǒng)檢測(cè)熒光素酶活性。
博鷺騰助力科研
論文鏈接：
10.1038/s41586-023-06533-3
IF=64.8
植物在感受到環(huán)境刺激時(shí)會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性化合物（volatile organic compounds，VOCs），其能作為空中線索發(fā)揮作用，被鄰近的接收植物感知以引起防御，這種現(xiàn)象被稱為氣傳性免疫（airborne defense，AD）。盡管幾十年來(lái)，在許多物種中都觀察到了這種植物間通訊（plant-plant communication，PPC）現(xiàn)象，并認(rèn)識(shí)到其重要的生物學(xué)和生態(tài)學(xué)意義，然而，VOCs介導(dǎo)的PPC（包括 AD）的分子遺傳框架在很大程度上還不清楚。此外，除乙烯受體外，植物感知其他VOCs的受體也一直未被鑒定。
蚜蟲(chóng)是全球最具破壞性的農(nóng)業(yè)和園藝害蟲(chóng)，蚜蟲(chóng)以韌皮部為食，對(duì)作物生產(chǎn)造成廣泛破壞。蚜蟲(chóng)的攻擊會(huì)誘導(dǎo)植物釋放VOCs，其主要成分是水楊酸甲酯（methyl salicylate，MeSA）。MeSA有助于植物抵御食草昆蟲(chóng)（包括蚜蟲(chóng)）的侵襲，如驅(qū)趕、吸引天敵或降低這些昆蟲(chóng)的生存能力。但是 MeSA 如何作為植物間通訊信號(hào)來(lái)激活相鄰接收植物的抗蚜蟲(chóng)防御功能卻是一個(gè)長(zhǎng)期未解決的問(wèn)題。例如，目前還不清楚植物是否擁有感知空氣中MeSA 的受體系統(tǒng)。在蚜蟲(chóng)侵襲期間啟動(dòng) MeSA 生成的機(jī)制也不甚明了。此外，盡管有報(bào)道稱 MeSA 可介導(dǎo)煙草花葉病毒（TMV）的抗藥性，但蚜蟲(chóng)和病毒是否以及如何調(diào)控抗藥性仍有待闡明。
在這一研究中，劉玉樂(lè)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)蚜蟲(chóng)叮咬植物后，植物會(huì)產(chǎn)生MeSA，這些MeSA揮發(fā)到空氣中能夠被臨近植物中的MeSA受體蛋白水楊酸結(jié)合蛋白-2（SA-binding protein-2，SABP2）感知結(jié)合，并將其轉(zhuǎn)化為水楊酸（salicylic acid, SA）。SA激活轉(zhuǎn)錄因子NAC2，上調(diào)水楊酸羧基甲基轉(zhuǎn)移酶1（SA-carboxylmethyltransferase-1，SAMT1）基因的表達(dá)，從而產(chǎn)生更多的MeSA，誘導(dǎo)植物的抗蚜蟲(chóng)免疫，從而降低病毒的傳播。
另外，劉玉樂(lè)團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)一些蚜蟲(chóng)傳病毒能夠編碼含有解旋酶結(jié)構(gòu)域的蛋白質(zhì)與NAC2蛋白相互作用，改變NAC2蛋白的亞細(xì)胞核定位至細(xì)胞質(zhì)中，促使NAC2在細(xì)胞質(zhì)中被26S蛋白酶體降解，從而負(fù)調(diào)控NAC2-SAMT1通路，抑制蚜蟲(chóng)叮咬植物中MeSA的合成和揮發(fā)，阻斷植物間“預(yù)警”通訊，促進(jìn)蚜蟲(chóng)對(duì)鄰近植物的侵染和對(duì)病毒的傳播。這一發(fā)現(xiàn)揭示了植物氣傳免疫的分子機(jī)制及病毒的反防御機(jī)制、揭示了全新的蚜蟲(chóng)-病毒之間的共進(jìn)化的互惠方式。
文章中，在進(jìn)行螢火蟲(chóng)熒光素酶片段互補(bǔ)圖像技術(shù)（LCI） 檢測(cè)時(shí)，使用了博鷺騰 PlantView系列植物活體成像系統(tǒng)檢測(cè)熒光素酶活性。
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10.1038/s41586-023-06533-3
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